[发明专利]一种医用镁基复合材料半固态坯锭及其制备方法

说明书

本发明提供了一种医用镁基复合材料半固态坯锭及其制备方法，该医用镁基复合材料半固态坯锭含有结晶Si粉末和AM80镁合金，结晶Si粉末不仅能够显著提高镁合金熔体的流动性，而且可以在基体组织中原位生成弥散分布的稳定析出相Mg₂Si颗粒，原位生成的Mg₂Si颗粒具有尺寸较小、界面洁净、热稳定性好、与基体相容性好，制备成本较低等优点。不但能够有效阻止基体组织内的晶界滑移，明显提高镁基复合材料的力学性能，而且还可以使镁基复合材料具有显著的阻尼减振性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种医用镁基复合材料半固态坯锭及其制备方法。

背景技术

目前临床上常见的医用骨折外固定装置主要是由不锈钢、钛合金和高分子等材料制成，此类材料在骨折部位固定时会产生例如局部过敏反应、机械牵拉损伤、支撑强度不足和应力遮挡效应等问题。

鉴于上述原因，研究人员开发出了医用镁合金，该材料具有以下显著的性能优势：(1)良好的生物相容性。镁合金与人体的相容性较好，不会对固定部位产生过敏反应。(2)比强度和比刚度较高。镁合金具有和不锈钢相近的比强度和比刚度，能够为骨折部位提供充分的力学支撑。(3)缓解应力遮挡效应。镁合金的密度和弹性模量与人体骨骼最为接近，因此能够有效缓解应力遮挡效应，促进骨折部位愈合。(4)良好的医学影像可视性。镁合金能够被X射线穿透，方便开展临床随访无创检查。

然而，由于医用镁合金的制备成形性能较差，采用传统铸造工艺制备的镁合金通常都会带有气孔、缩松和夹渣等缺陷，导致医用镁合金的综合性能较低，这些问题都对该材料的推广和应用造成了极大的限制。

近年来，金属基复合材料的制备技术为解决上述问题提供了良好的途径。金属基复合材料制备技术可分为外加复合法和原位生成法。其中的外加复合法不仅工艺复杂，成本较高，而且存在增强相和基体之间相容性较差，结合效果不佳等问题。而与外加复合法相比，原位生成法的增强相可以在基体内反应生成，具有尺寸较小、界面洁净、热稳定性好、与基体相容性好，制备成本较低等优点，目前已经成为金属基复合材料制备技术中的一个重要发展方向。

美国麻省理工学院在20世纪70年代开发了一种金属半固态成形技术，此项技术可以使金属在制备成形过程中具有良好的流变性能，能够显著减少金属的流动阻力和大幅增加金属的变形能力，有效的提高了金属材料的力学性能、晶粒致密度以及组织均匀性。金属半固态成形技术和传统铸造工艺相比，具有高效节能，近终成形生产和成形件性能较高等许多优点，被人们称为21世纪最具前景的加工方法。目前制备半固态坯料的常用方法有机械搅拌法、电磁搅拌法、超声振动法、应变诱发熔化激活法、近液相线铸造法和半固态等温热处理法等。其中半固态等温热处理法可使合金坯料在半固态触变成形前的部分重熔过程中获得非枝晶组织，该方法省去了常规半固态成形技术中专门的非枝晶坯料的制备流程，有效避免了合金的氧化风险，并且操作工艺简单、加工成本低廉、易于批量生产。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种医用镁基复合材料半固态坯锭及其制备方法。

根据本发明第一方面实施例的一种医用镁基复合材料半固态坯锭，包括以下质量百分比计的制备原料：

结晶Si粉末：0.3～2.5wt.％，

AM80镁合金：余量。

AM80镁合金在室温下具有良好的力学性能，并且其铸造性能较为优异，可采用多种形式的铸造工艺制备成型为任何复杂结构的铸件。本申请的方法对于其他牌号镁合金不能适用，因为在熔融状态下的AM80镁合金熔体具有很好的流动性和成形性，而其他牌号镁合金不具备这个特性，如AZ31镁合金。由于AZ31镁合金与AM80镁合金这两种材料中的Al含量不同，在半固态显微组织中所产生的液相β-Mg₁₇Al₁₂含量存在着较大差距，因此在整体性能上也有着较大区别。